- Las redes de acceso cableadas de banda ancha y los sistemas de información geográfica
- Redes xDSL
- Redes de acceso ópticas
- Sistema de información geográfica
- El sistema de información geográfica en el diseño de redes de acceso de banda ancha
- Conclusiones parciales
- Referencias
Las redes de acceso cableadas de banda ancha y los sistemas de información geográfica
El acceso juega un papel importante desde el punto de vista tecnológico dentro del desarrollo del modelo de redes. El avance de las tecnologías de acceso debe facilitar el despliegue de nuevas redes y servicios; tal es el caso de la "Banda Ancha" que es capaz de entregar de manera fiable servicios convergentes y de ofrecer simultánea y conjuntamente voz, datos y video [1].
Las tecnologías de acceso de banda ancha, en su comienzo, las constituyeron las redes de cobre por medio de la red conmutada (PSTN, Public Switched Telephone Network); pero actualmente, coexisten con otras tecnologías, las cuales permiten un gran flujo de información, como son: la fibra óptica, los radioenlaces de microondas y el cableado coaxial, presentes en las redes de televisión por cable, además está la línea digital de abonado (DSL, Digital Subscriber Line) que permite aprovechar de manera más eficiente el bucle de abonado existente.
Actualmente, es necesario el despliegue de soluciones de acceso de banda ancha asociadas al proceso de informatización de la sociedad y a las redes priorizadas de la salud y la educación, así como para redes vinculadas a la producción de software, centros científicos, universidades y hogares. Todo ello, es posible con el tratamiento y modernización de la planta exterior de cobre. También se deben equipar nuestras redes con tecnologías de punta que sean capaces de asimilar los cambios futuros y lograr la conectividad necesaria en cada lugar, lo que garantiza un servicio ágil y de calidad.
Las redes ópticas eliminan el cuello de botella en las redes de acceso, aumentando el flujo de información hasta cientos de gigabit por segundos (Gbps) y mejorando la calidad de servicio [2].
Se pueden clasificar en dos tipos:
Por la cercanía del tramo de fibra al domicilio del cliente: FTTx.
Las tecnologías FTTx se basan en instalaciones de cable de fibra óptica directo hasta los hogares o edificios (escuelas, empresas, oficinas, parques tecnológicos). Se clasifican en [3]:
– FTTN (Fiber to the Node), fibra hasta el nodo.
– FTTC (Fiber to the Curb), fibra hasta la acera.
– FTTB (Fiber to the Building), fibra hasta el edificio.
– FTTH (Fiber to the Home), fibra hasta el hogar.
Estas infraestructuras de acceso de alta capacidad, permiten ofrecer a los usuarios servicios de banda ancha tales como: video bajo demanda y acceso de alta velocidad a Internet. En la actualidad existen varios organismos internacionales, como el FTTH Council, que promueven el despliegue de fibra óptica hasta el hogar o sus inmediaciones. Existen varias soluciones tecnológicas para llevar la fibra óptica, hasta el hogar, el edificio o un nodo ubicado antes de llegar a la edificación. En las Redes FTTC y FTTB, para brindar los servicios de banda ancha, se llega con fibra hasta un gabinete cercano al usuario y se aprovecha el resto de la red de cobre existente, con el empleo de tecnologías de línea digital de abonado (xDSL). Con FTTH, se ofrecen los servicios de banda ancha sobre fibra óptica hasta el hogar. Estas opciones suelen emplearse en dos amplias categorías en dependencia de la tecnología de acceso empleada y el uso de elementos pasivos y/o activos: red óptica activa y pasiva.
La Red Óptica Activa (AON, Active Optical Network) se denomina a la red que presenta elementos activos, los cuales convierten las señales luminosas que viajan a través de la fibra óptica a señales eléctricas para su procesamiento. La Red Óptica Pasiva (PON, Passive Optical Network), se denomina al tramo de red entre la central telefónica y el local del usuario, que está compuesta por elementos pasivos para llevar la información hasta el cliente, los elementos activos solo se encuentran en los extremos de la red.
1.1 Redes FTTx
Las redes FTTx pretenden eliminar los cuellos de botella existentes en la última milla de las redes de acceso actuales, que están basadas en pares de cobre o cable coaxial. Para ello, se recurre a la sustitución total o parcial del bucle local por fibra, de manera que se disponga de un medio de transmisión de alta capacidad hasta el usuario final. Es la arquitectura de red que consiste en llevar la fibra óptica desde la central hasta un punto en específico. En la figura 1 se muestran sus topologías [4].
Figura 1. Topologías FTTx
Un enlace FTTx consiste en un sistema que enlaza la Central Telefónica, en la que se ubica el dispositivo OLT con el abonado, donde se encuentra la ONU/ONT. El esquema de la figura 2 nos muestra la solución adoptada para la transmisión bidireccional: La transmisión de voz y datos utiliza las longitudes de ondas de 1310 nm (hacia el usuario) y 1490 nm (retorno). En el caso de la transmisión de video, esta circula a 1550 nm. La señal resultante es dividida en términos de potencia por los splitters, hasta conectar con todas las ONT, de acuerdo a la topología utilizada.
Figura 2. Esquema de transmisión FTTx
Mediante una serie de dispositivos pasivos, se establecen enlaces de fibra óptica entre la Central (OLT), y los diferentes abonados (ONT). Utilizando una técnica de aplicación de los splitters (divisores) diferente en cada caso, este tipo de instalación permite el acceso bidireccional de los usuarios con unas prestaciones de ancho de banda muy superiores a las alcanzadas con los enlaces de cobre.
El ámbito del despliegue FTTx cubre, como máximo, los últimos 20 Km de la red de comunicaciones, el bucle de abonado, y es una solución efectiva para la red de acceso: unir la Red de Transporte con la red local (LAN) del usuario (10/100/1000 Mbps, en un futuro próximo 10Gbps), eliminando el cuello de botella formado por una red de cobre entre dos redes de fibra [3].
xDSL (Digital Subscriber Line), está formado por un conjunto de tecnologías que proveen una gran velocidad de transmisión sobre circuitos locales de cobre, sin amplificadores ni repetidores de señal a lo largo de la ruta del cable, entre la conexión del cliente y el primer nodo de la red. Son tecnologías de acceso punto a punto a través de la red pública, que permiten un flujo de información tanto simétrico como asimétrico y de alta velocidad sobre el bucle de abonado. Convierten las líneas analógicas convencionales en digitales de alta velocidad, con las que es posible ofrecer servicios de banda ancha hasta el domicilio de los abonados, aprovechando los pares de cobre existentes, siempre que estos reúnan un mínimo de requisitos en cuanto a la calidad del circuito y distancia. En la figura 3 se representa una red de acceso xDSL.
Figura 3. Esquema de una red de acceso xDSL.
xDSL utiliza más de un ancho de banda sobre las líneas de cobre, las cuales son actualmente usadas para los viejos servicios telefónicos regulares (POTS, Plain Old Telephone Service). Utilizando frecuencias superiores al ancho de banda telefónico (300 Hz a 3400 Hz), se pueden codificar más datos y transmitirlos a elevadas tasas de transferencias, aunque esta posibilidad estaría restringida por el rango de frecuencias de un sistema de telefonía analógica.
Existen varias tecnologías xDSL, cada diseño especifica fines y necesidades de venta de mercado. Entre ellas, ADSL, ADSL2+, VDSL y VDSL2, son las que mayor tasa de transferencia soportan. El principal inconveniente de todas estas tecnologías, xDSL, está dado por el gran descenso de la velocidad de transmisión con el aumento de la distancia, como se muestra en la figura 4. La tecnología ADSL evolucionó a través de ADSL2 y luego de ADSL2+, con características muy similares entre ellas.
Figura 4. Comparación de las tecnologías ADSL y VDSL en cuanto a velocidad contra distancia
Entre las ventajas que aporta VDSL están que su funcionamiento es similar a las ADSL tradicionales, pero ofrecen velocidades asimétricas mayores. VDSL se implanta como parte de las soluciones de fibra hasta la acera (FTTC, Fibre to the Curb) y fibra hasta el vecindario (FTTN, Fibre to the Neighborhood). Con ello, se evidencia que las VDSL son más costosas que las ADSL tradicionales, pues hay más tendido de fibra óptica, aunque esto posibilita mayores velocidades hasta el usuario final.
VDSL evolucionó hacia la tecnología VDSL2, cuyas características se recogen en el estándar ITU-T G.993.2, el más nuevo y avanzado de comunicaciones DSL y está diseñado para soportar los servicios "triple play", televisión de alta definición y juegos interactivos. VDSL2 aprovecha la actual infraestructura telefónica de pares de cobre, permite a las empresas y operadores actualizar gradualmente las líneas xDSL existentes, con un costo no muy elevado y posibilita la transmisión simétrica o asimétrica de datos a mayor velocidad que las tecnologías ADSL. Contra esta velocidad de transmisión actúan las pérdidas, debido a la distancia.
Las comunicaciones sobre fibra óptica constituyen un punto de avance en el desarrollo de las redes de acceso que soporten la implementación de servicios "triple play", paquete integrado de servicios de Internet, telefonía y televisión. Con el empleo de la fibra óptica se alcanzan largas distancias y los problemas de ruido, atenuación e interferencia se minimizan, debido a que utiliza como fuente de energía los emisores de luz, no necesita repetidores y permite atender a una mayor cantidad de usuarios gracias a la multiplexación por división de longitud de onda (WDM, Wavelength Division Multiplexing).
Con todas las ventajas que ofrece la fibra óptica como medio de transmisión, las redes ópticas se han convertido actualmente en una de las mejores opciones tecnológicas para redes de acceso. De ahí que es necesaria la modernización de las redes tradicionales soportadas sobre par de cobre por una infraestructura basada, mayormente, sobre fibra óptica.
3.1. Red óptica activa
La red óptica activa (AON, Active Optical Network), es una red en la cual se utilizan elementos activos que requieren alimentación eléctrica para su funcionamiento y permiten largas distancias entre la central telefónica y los abonados. Es muy similar a una red óptica pasiva, aunque existen varias diferencias entre ellas. En la figura 3 se muestra la arquitectura de una AON. Utilizan elementos activos que soportan Ethernet para proporcionar la agregación de enlaces por fibra. Cada usuario final dispone de una conexión que permite una transmisión de datos fullduplex y un ancho de banda dedicado; por lo que este tipo de arquitectura, en ocasiones, es denominada como punto a punto (P2P, Point to Point). Estas redes pueden alcanzar una distancia de 80 km, independientemente del número de usuarios conectados, el número de usuarios está limitado por los puertos del switch y no por la infraestructura en sí misma, como es el caso de las redes ópticas pasivas [5].
Figura 3. Arquitectura de una red óptica activa
El concepto de la Ethernet activa fue introducido por primera vez en el 2004 con el estándar IEEE 802.3 ah. Con este estándar, se volvió posible destinar una arquitectura estándar de Ethernet como una tecnología para acceso residencial.
La motivación para los proveedores de servicios de desarrollar la Ethernet activa sobre otras tecnologías como EPON, son:
1. El gran ancho de banda dedicado: Cada cliente tiene dedicado 100 Mbps Ethernet de conexión para la red (podría ser mejorado a Gigabit Ethernet manteniendo la misma fibra). Esto provee un gran ancho de banda para entregar todos los servicios triple play.
2. La simplicidad: La instalación de la fibra puede ser igual que las xPON, pero sin necesidad de un splitter óptico (1xN) como multiplexor de las señales de los cliente, el cual lo realiza un switch Ethernet localizado en un gabinete de telecomunicaciones.
La calidad del servicio (QoS): Desde que el ancho de banda de la Ethernet activa es dedicado, los proveedores de servicios tienen control completo sobre la distribución del ancho de banda y pueden prometer y entregar diferentes niveles de calidad del servicio.
Topologías de las AON
Las 2 topologías más utilizadas son anillo y estrella, como se muestra en la figura 5. Basado en el estándar IEEE 802.ah, las redes activas Ethernet proveen de ancho de banda simétrico con velocidades superiores a 1 Gbps por puerto sobre una única fibra, utilizando para ello dos longitudes de onda multiplexadas y diferenciadas sobre la fibra óptica. De esta manera, con cada longitud de onda tenemos dos slots de transmisión, un slot se utiliza como canal de transmisión y otra para el canal de recepción.
Figura 5. Topologías de una red óptica activa
En Ethernet activa hay un tráfico continuo en la fibra al igual que en la red LAN Ethernet. Mientras el sistema se encuentra en reposo las tramas serán enviadas para mantener el enlace activo. Al haber siempre tráfico en el enlace, los niveles disponibles son 0 y 1. El valor apagado off sucede cuando no hay luz en el enlace de fibra, lo cual resulta en una condición de pérdida del enlace. La codificación usada es 4B/5B para 100BASE-BX/LX y 8B/10B para 1000BASE-BX/LX/PX.
En un enlace con una única fibra óptica para la FO monomodo 100BASE-BX10 se emplea la longitud de onda 1310 nm para subida y 1550 nm para la descarga. Para las fibras monomodo 1000BASE-BX10, -PX10 y -PX20, se usa 1310 nm para subida y 1490 nm para la descarga. Como se muestra en la tabla 2.
Tabla 2. Características de tipos de interfaces de fibra óptica.
3.2. Red óptica pasiva
PON, del inglés Passive Optical Network, es una red óptica pasiva punto-multipunto que lleva una conexión de fibra óptica hasta la casa del usuario. En ella todos los elementos de la red son pasivos, por lo que no se necesita energía para la alimentación en ningún punto intermedio de la red. Son las más utilizadas, sobre todo en redes extensas y aunque la distancia máxima es de 10 a 20 km, se considera suficiente. Generalmente no requieren ningún tipo de actualización ante un posible cambio de tecnología. Ellas sustituyen el tramo de cable de cobre por fibra óptica monomodo y los divisores eléctricos por divisores ópticos. De esta manera, se eliminan todos los componentes activos existentes entre el servidor y el cliente; de ahí proviene el adjetivo "pasivas" dado a las redes.
La figura 6 muestra una red PON, es una red punto a multipunto formada básicamente por:
– Sistema OLT (Optical Line Terminal) localizado en las instalaciones del operador.
– Red de fibra óptica con una topología árbol-rama.
– Divisor óptico (splitter).
– ONT (Optical Network Terminal), ubicadas en el domicilio del usuario.
La transmisión se realiza entre OLT y múltiples ONT utilizando la red de fibra óptica común. En esta red de fibra están presentes los divisores ópticos que son los responsables de encaminar la señal procedente de la OLT a cada una de las ONT.
Figura 6. Componentes de las redes PON
Las tecnologías PON dan solución a la problemática de la última milla y constituyen una excelente alternativa para los operadores de redes de telecomunicaciones por las significativas ventajas que ofrecen:
– Las redes PON permiten brindar servicios a usuarios que se encuentran a distancias de hasta 20 kilómetros desde la central o nodo óptico, superando con creces la máxima cobertura de las tecnologías xDSL, cuyo alcance máximo es de 5 kilómetros desde la central hasta los usuarios finales.
– Las redes PON minimizan el despliegue de fibra óptica en el bucle local al poder utilizar topologías punto a multipunto mucho más eficientes que las topologías punto a punto. Además este tipo de arquitecturas simplifica la densidad del equipamiento de la central, reduciendo el consumo.
– Las redes ópticas pasivas ofrecen mayores tasas de transmisión por usuario que las alternativas de cobre xDSL, debido a la mayor capacidad de la fibra óptica para transportar información.
– Las redes PON elevan la calidad del servicio y simplifican el mantenimiento de la red, al ser inmunes a ruidos electromagnéticos, no propagar las descargas eléctricas procedentes de rayos.
3.3. Tipos de redes PON
Existen varios tipos de redes ópticas pasivas. Se diferencian en cuanto a velocidad de transmisión en sentido ascendente y descendente, cantidad de usuarios por ONU, implementación, estándares. Ellas son [6]:
APON (ATM Passive Optical Network): Sus características se recogen en el estándar G.983.1 [7]. APON basa su transmisión en canal descendente en ráfagas de celdas ATM (Modo de transferencia asíncrona) con una tasa máxima de 155 Mbps que se reparte entre el número de ONUs que estén conectadas. En canal descendente, a la trama de celdas ATM, se introducen dos celdas PLOAM para indicar el destinatario de cada celda y otra más para información de mantenimiento. Su inconveniente inicial era la limitación de los 155 Mbps que más adelante se aumentó hasta los 622 Mbps. El término APON apoyado en un principio por la FSAN fue reemplazado por BPON (Broadband PON, Redes Ópticas Pasivas de Banda Ancha) haciendo referencia a la posibilidad de dar soporte a otros estándares de banda ancha, incluyendo Ethernet, distribución de video. Los miembros de la FSAN desarrollaron una especificación de una red óptica totalmente pasiva que desde un nodo óptico soporte a un número definido de usuarios, utilizando la tecnología ATM y su protocolo de nivel 2.
BPON (Broadband PON): es un estándar basado en APON y sus características se definen en el estándar G.983.3 [8], pero con la diferencia que pueden dar soporte a otros estándares de banda ancha. Originalmente estaba definida con una tasa de 155 Mbps fijos tanto en canal ascendente como descendente; pero, más adelante, se modificó para admitir, tráfico asimétrico: canal descendente a 622 Mbps y en el canal ascendente a 155 Mbps y tráfico simétrico, canal descendente y ascendente hasta 622 Mbps. No obstante presentaban un coste elevado y limitaciones técnicas.
EPON (Ethernet PON): Dentro de los desarrollos de EFM, se encuentra la normalización de las redes EPON (Ethernet sobre PON), realizado por el grupo de trabajo 802.3ah del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE, Institute of Electrical and Electronic Engineers) para aprovechar las características de la tecnología de fibra óptica y Ethernet, bajo el estándar 802.3ah [9]. EPON transporta directamente tráfico nativo Ethernet. Se mejora el tráfico IP, la seguridad y soporta mayores velocidades de transmisión de datos que las tecnologías anteriores. Permite asignar calidad de servicio en canal descendente y en canal ascendente, al tiempo que codifica todas las comunicaciones mediante el algoritmo AES. Esta nueva arquitectura usa el estándar 8B/10B para la codificación de línea y siempre que es posible, mantiene fielmente las características de la recomendación 802.3, incluyendo el uso full duplex de acceso al medio.
El IEEE ha presentado una nueva revisión del estándar que permite, utilizando la tecnología 10GbE, multiplicar en un factor 10 la velocidad de transferencia de una arquitectura EPON de primera generación. Este esfuerzo de desarrollo se recoge en la especificación GEPON (Gigabit Ethernet over Passive Optical Network) [10], que constituye una nueva tecnología desarrollada para el transporte de datos sobre fibras ópticas, basada en el protocolo Ethernet y una familia de estándares experimentados, que permite desplegar redes de acceso a usuarios residenciales utilizando distribuidores ópticos pasivos. Este tiende hacia la convergencia con el estándar ITU GPON. Esta tecnología presenta grandes posibilidades para los servicios a altas velocidades con el uso de redes ya existentes, como las xDSL.
GPON (Gigabit Capable PON), definido en el estándar G.984.1 [11], en la que se describen las características generales de un sistema PON capaz de transmitir en ATM: su arquitectura, velocidades binarias, alcance, retardo de transferencia de la señal, protección, velocidades independientes de protección y seguridad. GPON es una evolución de BPON, que ayuda a mejorar la transmisión del tráfico IP y ATM, mediante celdas de tamaño variable; además permite la implementación de una red flexible de acceso sobre fibra óptica capaz de soportar los requisitos de banda ancha de los servicios a empresas y usuarios residenciales. El nuevo estándar surgió con el fin de establecer nuevas exigencias a la red:
1. Soporte de todos los servicios: voz (TDM, tanto SONET como SDH), Ethernet (10/100 BaseT), ATM.
2. Alcance máximo físico es de 20 km, aunque el estándar se ha preparado para que pueda llegar hasta un alcance lógico de 60 km.
3. Incluyendo velocidades simétricas de 2.4 Gbps, y asimétricas de 2.4 Gbps en el enlace descendente y 1.2 Gbps en el ascendente.
4. OAM&P extremo a extremo.
5. Seguridad del nivel de protocolo para el enlace descendente debido a la naturaleza multicast de la PON.
6. El número máximo de usuarios que pueden colgar de una misma fibra es 64 (el sistema está preparado para soportar hasta 128).
La tabla 1 muestra algunos parámetros de comparación entre las tecnologías PON analizadas.
Tabla 1. Comparación entre las tecnologías xPON
Parámetros | APON (ATM over PON) | BPON (Broadband PON) | EPON (Ethernet PON) | GPON (Gigabit-capable PON) |
Velocidad en sentido descendente | 155 a 622 Mbps | 155 a 622 Mbps | 1,2 Gbps | 2,4 Gbps |
Velocidad en sentido ascendente | 155 a 622Mbps | 155 a 622 Mbps | 1,2 Gbps | 1,2 y 2,4 Gbps |
Usuarios por ONU | 32 usuarios | 32 usuarios | 32 usuarios | 64 usuarios |
Distancia | 20 Km | 20 Km | 20 Km | 20 Km |
Soporte | ATM | Varios estándares | Ethernet | Voz (TDM, SDH), Ethernet, ATM |
Codificación de línea | NRZ | NRZ | 8B/10B | NRZ |
Seguridad en redes | "Churning" | AES | AES | AES |
Estándares | Serie ITU-T G.983.x | Serie ITU-T G.983.x | IEEE 802.3ah | Serie ITU-T G.984.x |
Los estándares PON que más aceptación tuvieron entre los diferentes proveedores de servicio de Internet en el mundo fueron EPON y GPON. Un factor decisivo en el surgimiento de redes GPON eran los altos costos de los equipamientos para su implantación ya que soporta múltiples servicios, altas tasas de transferencias de datos, mayor seguridad y gestión de los servicios, en comparación con las otras tecnologías PON, en la actualidad estos costes han disminuido grandemente, debido a la popularización de estas tecnologías a nivel mundial y al abaratamiento de los componentes ópticos. GPON ha sido la tecnología elegida por los grandes operadores de telecomunicaciones y fabricantes en el mundo.
GPON es una tecnología que permite la convergencia total de todos los servicios de telecomunicaciones sobre una única infraestructura de red. Esto permite una notable reducción de los costos a los operadores, que no tienen que instalar y mantener redes paralelas para cada servicio, con lo cual se obtendrán tarifas más baratas para los abonados por servicios mucho más potentes (voz sobre IP, televisión digital de alta definición, vídeo bajo demanda, Internet de banda ancha sin restricciones de distancias y velocidad, juegos en red, teletrabajo, telemedicina).
La implantación de las tecnologías analizadas anteriormente requiere de altos costos de instalación, mantenimiento y operación. El diseño y planeación de las redes FTTx es una tarea compleja y comprende varios problemas de optimización. Las herramientas basadas en GIS permiten el diseño de la nueva red de fibra y la gestión transparente de una infraestructura completamente integrada [12]. La planeación de redes mediante el empleo de la información espacial ha ganado un gran interés, pues contribuye a agilizar el proceso de diseño, su simplificación y optimización.
Un sistema de información geográfica (SIG o GIS, Geographic Information System) es una colección de datos referenciados espacialmente, es decir, los datos tienen localizaciones añadidas a sí mismos, junto a las herramientas requeridas para trabajar con dichos datos [13].
Los SIG permiten el análisis de redes sobre aspectos de diseño de la topología y la red, análisis espacial, análisis multicriterio, construcción de modelos para automatizar procesos, estimación de costos, análisis de negocios, estrategias de desarrollo eficientes, entre otras. Dichas herramientas posibilitan adentrarse en el uso de sistemas de información geográfica aplicado a problemas complejos, tanto del ámbito público como privado, que resuelven temas de gestión decisivos para la correcta concreción de proyectos, negocios o investigaciones. También, ellas juegan un importante papel en el éxito del mercado y la rentabilidad de las redes de acceso FTTx [14].
Los mapas de redes utilizados por los SIG representan rutas de transporte, servicios de gas y electricidad, infraestructura de tuberías, telecomunicaciones, logística. Los mapas constituyen recursos fundamentales para numerosas organizaciones, ya que les permiten diseñar, administrar y analizar su infraestructura operacional. Los mapas de redes aprovechan la información de sus redes inteligentes. También están disponibles diversas herramientas de red para facilitar las tareas de elaboración de rutas, trazado y optimización.
Entre las aplicaciones de los SIG pueden resultar de interés las relacionadas con el diseño y planeación de la red de telecomunicaciones, en la que los SIG almacenan la información sobre la demanda de servicios de banda ancha relacionada a su representación gráfica por clases de servicios, sobre la ubicación efectiva de los nuevos equipos de telecomunicaciones que se van a poner en funcionamiento, la conectividad de las redes existentes y la localización de su equipamiento, para la modernización de la infraestructura de red y el cálculo del camino más corto para el despliegue del cableado entre gabinetes o hasta el usuario final. Los SIG ofrecen las herramientas para el análisis espacial de la información referida anteriormente y la facilidad de generar la documentación gráfica, en mapas digitales, para las labores de mantenimiento y desarrollo de una empresa.
El diseño de la red de acceso y la arquitectura adecuada, depende de varios factores: disponibilidad y calidad de cobre en esa área, densidad de usuarios, estado competitivo o de colaboración con otros operadores, qué servicios y ancho de banda se quieren ofrecer, valor de la inversión disponible y período de retorno aceptable y el marco regulatorio.
Los GIS facilitan las herramientas para el diseño y proyección de la moderna planta exterior (OSP, OutSide Plant) de las redes de telecomunicaciones soportadas sobre fibras ópticas y cobre. La OSP representa todo el equipamiento de telecomunicaciones y los servicios relacionados con la instalación de la red desde el panel de distribución principal (MDF, Main Distribution Frame) o el panel de distribución óptica (ODF, Optical Distribution Frame), ubicados en el Centro Telefónico hasta el local del abonado u otros MDF/ODF.
El sistema de información geográfica permite mostrar el escenario para el diseño de la red de banda ancha. A través del manejo gráfico de la información se identifican las áreas de acuerdo a la oferta y demanda de servicios de los usuarios. Las herramientas GIS posibilitan la visualización de otras tecnologías de redes en explotación y contribuyen a la toma de decisiones para la modernización de la planta exterior existente. Además, cualquier modificación de los recursos utilizados en la implementación de la red de acceso, se puede realizar el seguimiento ágilmente en el sistema de gestión de red empresarial, donde se contabilizan los recursos empleados para el despliegue de soluciones de banda ancha.
Google Earth es usado para la visualización de los planes de red, en particular las redes FTTx, soportan la planeación mediante el uso de GIS para reducir la necesidad de ir físicamente a los sitios para comprobar e inspeccionar lo planificado [15]. Los cálculos de diseño se basan en datos geográficos reales, por medio de mapas digitales y en la información de la infraestructura del área analizada, mediante modelos de costos reales y detallados, con el objetivo de conseguir resultados de interés práctico [16]. El diseño de la red de fibra se agiliza con la introducción de una etapa basada en GIS, lo que contribuye a su desarrollo efectivo.
Louchet [17] desarrolla los métodos y herramientas que permiten la planificación automática y optimización de las redes FTTx. Los métodos permiten optimizar la infraestructura de redes al suponer el gasto de capital (CAPEX) para seleccionar la ubicación óptima del equipamiento en la central telefónica, los colectores de fibras y los puntos de distribución, así como las rutas entre ellos.
En [18] se propone un sistema que agiliza y facilita la planificación de redes FTTH, pues depende de los datos geográficos de la región analizada. Se recogen los datos geográficos que incluyen los mapas de las calles, construcciones y de las casas del área en cuestión. Se distinguen 3 tipos de clases de nodos de acuerdo a la demanda de ancho de banda de los usuarios de la zona. El diagrama de la red se realiza usando una topología en estrella y/o en bus. En el diseño se muestra la distribución de los nodos de la red y los cables conectados a ellos, para asegurar la cobertura de la región completa, al menor costo posible. En esta etapa se tiene en cuenta el ancho de banda requerido en cada parte de la región y la longitud de los cables necesaria para permitir el acceso a cada hogar.
Mitcsenkov [14] desarrolló una metodología de diseño de la topología, que soporta altos requerimientos, permite una topología de la red de acceso óptica completa o parcialmente, cercana a la óptima, mediante la información geoespacial sobre el área de servicio: mapas digitales, infraestructura existente y una base de datos de abonados. El diseño de la topología automática para áreas de servicios de gran escala, con 10000 subscriptores es un problema matemático altamente complejo y el algoritmo robusto creado, está dirigido por técnicas de descomposición y algoritmos heurísticos altamente especializados, para un óptimo cercano como una solución eficiente. Los algoritmos desarrollados fueron evaluados en cuanto a su velocidad y exactitud.
1. La fibra óptica es, en la actualidad, la guía de onda comercial con mayor capacidad de transmisión en términos de ancho de banda y resistencia al ruido electromagnético.
2. Las redes de acceso ópticas posibilitan mayores prestaciones y velocidades superiores, que las permitidas por la red de acceso sobre par de cobre.
3. La fibra proporcionará grandes beneficios para los usuarios del hogar digital. Además de acceso a más y mejores servicios, como juegos en red, compartición de contenidos, videoconferencia IP, teletrabajo, telemedicina, teleasistencia.
4. La tecnología VDSL, complementará la última milla a alta velocidad, al permitir la efectiva utilización del par de cobre existente para ofrecer servicios de banda ancha al usuario.
5. Con la información recogida y analizada en los mapas digitales, se pueden desarrollar soluciones efectivas en un menor período de tiempo y con un cálculo preciso de los recursos utilizados en el despliegue de una red de telecomunicaciones.
[1] ITU, "Banda ancha," Foro Mundial de Política de las Telecomunicaciones/TIC, no. 2010. pp. 14–16, 2013.
[2] J. Berrocal, E. Vázquez, F. González, M. Álvarez-Campana, J. Vinyes, G. Madinabeitia, and V. García, Redes de Acceso de Banda Ancha: Arquitectura, Prestaciones, Servicios y Evolución. 2003, pp. 65–76.
[3] M. Á. Matesanz, "Despliegues FTTx," pp. 24–25, 2009.
[4] R. Zhao, W. Fischer, E. Aker, and P. Rigby, "White Paper: Broadband Access Technologies," pp. 6–7, 2013.
[5] A. Telesyn, "Active vs. PON FTTx Technology Choices," pp. 1–10, 2004.
[6] COMMSCOPE, "GPON – EPON Comparison," no. October. pp. 1–10, 2013.
[7] "Recomendación UIT-T G.983.1 Sistemas de acceso óptico de banda ancha basados en redes ópticas pasivas." .
[8] "Recomendación UIT-T G.983.3 Sistema de acceso óptico de banda ancha con capacidad de servicio incrementada mediante la asignación de longitudes de onda," 2001.
[9] R. M. Grow and D. J. Law, "IEEE Std 802.3ah-2004, Media Access Control Parameters, Physical Layers, and Management Parameters for Subscriber Access Networks." 2005.
[10] "Redes GEPON." .
[11] ITU-T, "Recommendation ITU-T G.984.1 Gigabit-capable passive optical networks (GPON): General characteristics," pp. 1–43, 2008.
[12] I. Fitzgerald and D. Petrecca, "Building Blocks: How GIS provides the foundation for a more efficient fiber optic network," Directions Magazine, 2012.
[13] H. Reynolds, "An Introduction To Geographical Information Systems (GIS)," 1997.
[14] A. Mitcsenkov, P. Katzengerger, P. Bakos, and G. Paksy, "Automatic map-based FTTx access network design," in 22nd European Regional Conference of the International Telecommunications Society, 2011.
[15] J. M. Pedersen, G. HelgiHaraldsson, and M. TahirRiaz, "Using Google Earth for Visualization in FTTH Network Planning," Image Processing and Communications Challenges 2, Advances in Intelligent and Soft Computing, vol. 84, pp. 379–389, 2010.
[16] Attila Mitcsenkov, G. Paksy, and Tibor Cinkler, "Geography and infrastructure aware topology design methodology for broadband access networks (FTTx)," Photonic Network Communications Journal, pp. 253–266, 2011.
[17] H. Louchet, A. Richter, E. Patzak, and M. Schlosser, "Impact of strategic decisions on the planning of FTTx-Networks: A case study," in Photonic Networks; 12. ITG Symposium; 12th ITG Proceedings of Photonic Networks, 2011, pp. 1–5.
[18] Z. M. Matrood, L. E. George, and F. H. Mahmood, "A Simple GIS Based Method for Designing Fiber-Network," International Journal of Engineering and Innovative Technology (IJEIT), vol. 4, no. 2, pp. 49–57, 2014.
Autor:
Randy Verdecia Peña, Ing. (1)
Manleys Rodríguez Torres, Ing. (2)
(1) Empresa de Telecomunicaciones de Cuba S.A (ETECSA), Granma, Cuba
(2) Empresa de Telecomunicaciones de Cuba S.A (ETECSA), Granma, Cuba